Расчет и выбор трансформаторов

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Байконурский электрорадиотехнический техникум им. И.М. Неделина»

УТВЕРЖДЕНО

заместитель директора

по учебной работе

____________ М.М. Иванова

«___»____________ 2015 г.

Методические рекомендации

по выполнению лабораторной работы и практического занятия

Расчет и выбор числа и мощности трансформаторов

по междисциплинарному курсу «Внутреннее электроснабжение промышленных и гражданских зданий»

2015 г.

Цель работы: Научиться производить выбор числа и мощности силовых трансформаторов.

Краткие теоретические сведения

Построение картограммы нагрузок.

Для построения рациональной системы электроснабжения предприятия, важное значение имеет правильное расположение главных понизительных подстанций. Подстанции рекомендуется как можно ближе приближать к центрам электрических нагрузок (ЦЭН), которые предполагается подключить к данной подстанции.

При расположении подстанций в ЦЭН обеспечиваются наилучшие технико-экономические показатели системы электроснабжения по уменьшению потерь электроэнергии и напряжения в распределительных сетях и снижению стоимости электрической сети, вследствие экономии проводникового материала токоведущих частей.

Для определения наиболее выгодного расположения ГПП и цеховых ТП составляют картограмму нагрузок, которая представляет собой очертания цехов, зданий и сооружений и их полные расчётные нагрузки, выраженные в виде кругов определённого диаметра с центром нагрузки цеха, здания или сооружения, расположенные на генеральном плане предприятия. Картограмма нагрузок позволяет максимально сократить протяжённость распределительных электрических сетей и определить наиболее выгодное месторасположение подстанции.

Выбор места расположения подстанции также зависит от неблагоприятных условий окружающей среды, которые вредно воздействуют на изоляцию электрооборудования; от наличия в месте установки подстанции значительного количества подземных коммуникаций; от технологического процесса производства связанного с взрывами и уносом промышленных выбросов; от динамического развития нагрузок;

Выбор числа трансформаторов.

Правильный выбор числа и мощности трансформаторов на подстанции предприятий является основным вопросом рационального проектирования системы электроснабжения предприятия. Количество трансформаторов определяется категорией электроснабжения предприятия или объекта.

Для потребителей 1 категории должны применяться двухтрансформаторные подстанции, обеспечивающие бесперебойное электроснабжение потребителей при наличии устройств АВР.

Для потребителей 2 категории рекомендуется применять двухтрансформаторные подстанции или однотрансформаторные подстанции, но при наличии централизованного «складского» резерва на предприятии.

Для потребителей 3 категории рекомендуется применять однотрансформаторные подстанции.

Для ГПП, УРП, ПГВ должны устанавливаться не менее 2 трансформаторов, которые обеспечивают надёжное питание потребителей всех категорий.

Двухтрансформаторные подстанции также целесообразно применять при неравномерности суточных и годовых графиков нагрузки предприятия для возможности отключения одного трансформатора в период минимальных нагрузок, а также при раздельной работе трансформаторов на подстанции для уменьшения токов короткого замыкания.

Выбор мощности трансформаторов на подстанции производится исходя из следующих параметров:

- Максимальной полной расчетной нагрузки предприятия или объекта электроснабжения;

- Характерного суточного графика нагрузки предприятия или объекта, который определяется в зависимости от отрасли промышленности;

- Количество трансформаторов на подстанции, определяемое в зависимости от категории электроснабжения;

- Количество часов максимальной нагрузки, определяемое по фактическому графику нагрузки предприятия или объекта;

- Средней полной нагрузки предприятия, которая определяется по фактическому графику нагрузки предприятия или объекта;

- Рекомендуемый коэффициент загрузки трансформаторов на подстанции, определяемый в зависимости от категории электроснабжения предприятия и количества трансформаторов на подстанции;

При выборе мощности и марок силовых трансформаторов рекомендуется:

- Применять однотипные трансформаторы с одинаковыми параметрами;

- На двухтрансформаторных подстанциях мощность трансформатора должна выбираться с таким расчётом, чтобы при выходе в ремонт одного трансформатора оставшийся в работе трансформатор мог нести нагрузку потребителей 1 и 2 категории, а потребители 3 категории в это время отключаются;

- Трансформаторы мощностью 1000 кВА и более необходимо применять в производственных цехах с высокой плотностью нагрузок (05-0,7 кВА/м²) и при наличии электроприёмников с частыми пиками нагрузки и электроприёмников большой мощности.

- Трансформаторы допускают послеаварийную перегрузку при выходе из строя одного из трансформаторов двухтрансформаторной подстанции не более 140% не более 6 часов в сутки и не более 5 суток.

- Трансформаторы ГПП, ПГВ, УРП рекомендуется выбирать с напряжением высокой стороны не менее Uвн = 35 кВ и с системой регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), марки ТМН;

- Трансформаторы цеховых ТП или КТП предприятия или объекта рекомендуется выбирать с напряжением высокой стороны не менее Uвн = 6-10 кВ и с системой регулирования напряжения путём переключения без возбуждения ПБВ, марки ТМ;

Методические указания по выполнению лабораторной работы

1. Построение картограммы нагрузок

1.1. В масштабе нарисовать план предприятия, изобразив его на координатной плоскости, для удобства дальнейших расчетов. Размеры промышленного предприятия (любого варианта по заданию) численно равны 1,5км х 2,0км.

1.2. Определить масштаб ген. плана и рассчитать масштаб активных и реактивных нагрузок предприятия. Центр электрических нагрузок определяется на основании метода «Определение центра тяжести плоских фигур».

1.3. Нанести место установки ГПП (ПГВ, ЦРП и т.д.) на план предприятия по определенным координатам Х_а, У_а.

1.4. Радиус полной расчётной нагрузки цеха, здания или сооружения

R_i = √ S_i / (π*m)

где: R_i – радиус круга нагрузки данного цеха, здания или сооружения, мм;

S_i - полная мощность данного цеха, здания или сооружения, кВА или МВА;

π =3,14

m – масштаб, для определения площади круга, кВА/мм² или МВА/мм²

II. По выбору трансформаторов на подстанции

Выбор трансформаторов на подстанции может производиться следующими методами:

1. Выбор трансформаторов с учётом характерного суточного графика нагрузки.

Выбор трансформаторов с учётом характерного суточного графика нагрузки должен производится в основном для выбора трансформаторов основной подстанции предприятия или объекта (ГПП, ПГВ, УРП, ТП) или каждого объекта, если они питаются от одной ГПП, но имеют различные графики нагрузок и относятся к различным отраслям промышленности.

суточного графика нагрузки

Исходные данные для расчета:

- максимальная активная нагрузка предприятия - ∑Рр, кВт;

- максимальная реактивная нагрузка предприятия - ∑Qр, кВАр;

- максимальная полная нагрузка предприятия - ∑Sр, кВА;

-отрасль промышленности предприятия - типовой график нагрузок предприятия или отрасли.

1.1. В зависимости от отрасли промышленности определяется характерный суточный график нагрузки предприятия, определенный в процентах в течении 24 часов.

1.2. Определяется фактический суточный график нагрузок, который пересчитывается на основании максимальных активных и реактивных нагрузок предприятия

Р_i = (P%\100)* ∑Р_р

Q_i = (Q%\100)* ∑_Qр

S_i = √ Р_i² + Q_i²

где:

P%, Q% - активная и реактивная мощность, определённая по характерному суточному графику нагрузки на промежутке времени t_i , в %;

∑Р_р - максимальная активная нагрузка предприятия , кВт;

∑Q_р- максимальная реактивная нагрузка предприятия, кВАр;

Р_i , Q_i, S_i – активная, реактивная и полная нагрузка предприятия на промежутке времени t_i, кВт, кВАр, кВА;

t_i – промежуток времени на котором активная и реактивная нагрузка суточного графика нагрузки не изменяется, час.

Расчёт фактического графика производится в виде таблицы

Таблица

1.3. По произведенным расчетам строится реальный (фактический) график нагрузки данного предприятия, с учетом полной мощности нагрузки предприятия в КВА.

1.4. Определяется средняя полная нагрузка по фактическому графику предприятия

S_ср = (S_i* t_i )/24

средняя нагрузка вычерчивается на фактическом графике нагрузки в виде прямой линии.

Шаблон реального суточного графика нагрузки предприятия

1.5. Определяется коэффициент заполнения графика нагрузки по формуле:

α = S_ср/∑S_р

1.6. Определяется коэффициент допустимой перегрузки трансформаторов К_α по справочной литературе в зависимости от коэффициента заполнения графика α и количества часов максимальной нагрузки t_мах.

1.7. Определяется расчётная номинальная мощность трансформатора

S_{тр.расч.} = ∑S_р / (n_тр* К_α )

где:

S_{тр.расч} – расчётная номинальная мощность трансформатора, кВА;

∑S_р - максимальная полная нагрузка предприятия, кВА;

n_тр - количество трансформаторов на подстанции, шт

К_α – коэффициент допустимой перегрузки трансформаторов.

1.8. Предварительно выбирается стандартная мощность трансформаторов и рекомендуется в зависимости от расчётной номинальной мощности трансформатора S_{тр.расч} предварительно выбирать мощность трансформатора стандартной мощности S_тр.ном меньше чем S_{тр.расч} , а затем больше чем S_{тр.расч.}

1.9. Проверка работы трансформатора в послеаварийном режиме при выводе одного трансформатора в ремонт

для двухтрансформаторных подстанций.

1,4*S_{тр. ном.} ≥ 0,75*∑S_р

где:

1,4 – коэффициент, учитывающий максимально возможную перегрузку трансформатора в послеаварийном режиме двухтрансформаторной подстанции;

S_{тр. ном} – предварительно выбранная номинальная мощность трансформатора выбранная из стандартного ряда, кВА;

∑S_р - максимальная полная нагрузка предприятия, кВА;

0,75 – коэффициент, учитывающий отключение неответственных потребителей в период послеаварийной перегрузки.

Если мощность трансформатора не проходит по данному условию, то рекомендуется выбрать трансформатор большей стандартной мощности и произвести проверку повторно.

для однотрансформаторных подстанций.

S_{тр. ном.} ≥ ∑S_р

где:

S_{тр. ном} – предварительно выбранная номинальная мощность трансформатора выбранная из стандартного ряда, кВА;

∑S_р - максимальная полная нагрузка предприятия, кВА;

для трехтрансформаторных подстанций.

1,2*S_{тр. ном.} ≥ 0,666*∑S_р

где:

1,2 – коэффициент, учитывающий максимально возможную перегрузку трансформатора в послеаварийном режиме двухтрансформаторной подстанции;

S_{тр. ном} – предварительно выбранная номинальная мощность трансформатора выбранная из стандартного ряда, кВА;

∑S_р - максимальная полная нагрузка предприятия, кВА;

0,666 – коэффициент, учитывающий отключение неответственных потребителей в период послеаварийной перегрузки.

1.10. Проверка фактического коэффициента загрузки трансформатора в нормальном режиме работы.

β_факт = ∑S_р /(n_тр* S_{тр. ном})

где:

β_факт – фактический коэффициент загрузки трансформатора

Если мощность трансформатора не проходит по данному условию, то рекомендуется выбрать трансформатор большей стандартной мощности и произвести проверку повторно.

Таблица. Фактический и рекомендуемый коэффициенты загрузки трансформаторов на подстанциях

Для сухих трансформаторов предельное значение коэффициента допустимой перегрузки трансформатора следует принимать равным 1,2.

1. Составляется таблица каталожных параметров выбранного трансформатора.

Кривые кратности допустимых нагрузок трансформатора

II. Выбор трансформаторов упрощенным способом

Выбор трансформаторов по упрощенному способу допускается производить в основном для ТП и КТП цехов предприятий или объектов, при условии, что трансформатор основной подстанции предприятия или завода выбирался с учётом характерного суточного графика нагрузки.

2.1. Определяется расчётная номинальная мощность трансформатора

S_{тр.расч.} = ∑S_р / (n_тр* β_реком )

где:

S_{тр.расч} – расчётная номинальная мощность трансформатора, кВА;

∑S_р - максимальная полная нагрузка предприятия, кВА;

n_тр - количество трансформаторов на подстанции, шт

β_реком – Рекомендуемый коэффициент загрузки трансформаторов;

2.2. Выбирается стандартная мощность трансформатора S_{тр. ном}.

Рекомендуется в зависимости от расчётной номинальной мощности трансформатора S_{тр.расч} предварительно выбирать мощность трансформатора стандартной мощности S_тр.ном меньше чем S_{тр.расч} , а затем больше чем S_{тр.расч}.

2.3. Проверяем работу трансформатора в послеаварийном режиме при выводе одного трансформатора в ремонт для двухтрансформаторных подстанций. При проверке работы трансформатора двухтрансформаторной подстанции в послеаварийном режиме должно выполняться условие:

1,4*S_{тр. ном.} ≥ 0,75*∑S_р

где:

1,4 – коэффициент, учитывающий максимально возможную перегрузку трансформатора в послеаварийном режиме двухтрансформаторной подстанции;

S_{тр. ном} – предварительно выбранная номинальная мощность трансформатора выбранная из стандартного ряда, кВА;

∑S_р - максимальная полная нагрузка предприятия, кВА;

0,75 – коэффициент, учитывающий отключение неответственных потребителей в период послеаварийной перегрузки.

Если трансформатор не проходит по данному условию, то рекомендуется выбрать трансформатор большей стандартной мощности и произвести проверку повторно.

2.4. Проверяем фактический коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме работы.

β_факт = ∑S_р /(n_тр* S_{тр. ном})

где:

β_факт – фактический коэффициент загрузки трансформатора, который зависит от количества трансформаторов на подстанции, категории электроснабжения потребителей, а также от характера нагрузки;

Если трансформатор не проходит по данному условию, то рекомендуется выбрать трансформатор большей стандартной мощности и произвести проверку повторно.

Таблица. Фактические рекомендуемые коэффициенты загрузки трансформаторов на подстанциях

2.5. Составляется таблица каталожных параметров выбранного трансформатора.

Справочные данные

Таблица 1. Технические данные трехфазных сухих трансформаторов, U_ном В